工业企业供电母联备自投在plc应用x

时间：2020-11-24 17:12:54　来源：勤学考试网本文已影响人

工业企业供电课程报告

母联备自投PLC改造

学生姓名：

班级学号：5090509

任课教师：刘云静

提交日期：2011.12.10

成绩：

研究的背景、现状及意义

1.1背景

1.1

背景

TOC \o "1-5" \h \z \o "Current Document" 母联备自投控制发展现状 4

\o "Current Document" 研究意义 4

母联备自投的PLC改造

母联备自投的原理

硬件选型设计

\o "Current Document" 硬件介绍 9

\o "Current Document" 选型依据（性能价格比） 10

\o "Current Document" 具体选型 10

\o "Current Document" 触摸屏的配置 11

\o "Current Document" 抗干扰设计 11

\o "Current Document" 控制接线图及软件编程 11

\o "Current Document" 设计总结 14

参考文献 16

参考文献

研究的背景、现状及意义

1.1 背景

随着我国人民生产生活的现代化程度日益提高，人们对电力的需求和依赖程度也在倍增，对电能质量的要求也更加严格，供配电在各个领域也不断向自动化、无人值守、远程控制、不间断供电的目标迈进。有些电力用户尤其对不间断供电的要求显得更加突出。

　我国的电力供应主要还是依靠国家电网供电，电力缺口也在不断增大，尤其在用电高峰期缺电现象严重，为此很多大型企业便自建电厂或配备发电机，因此各种电源的相互切换，保证电源的不间断供电和供电的高可靠性成了现代配电工程中保护和控制回路的重要部分。在 GB50062 《电力装置的继电保护和自动装置设计规范》中的第十一章也明确规定了备用电源和备用设备的自动投入的具体要求。

备用电源的投入需要备用电源自动投入装置。

【1】备用电源自动投人装置是电

力系统中为了提高供电可靠性而装设的自动装置。

当工作电源因故障或其他原因

消失后，备用电源自投装置迅速将工作电源断开，

并将备用电源或其他正常工作

电源投入工作。

　随着电网规模的不断扩大，电力系统网络结构日益复杂，为了保

证供电的可靠性，备自投装置在电力系统中应用广泛。

在工业生产过程中，大量的开关量顺序控制，它按照逻辑条件进行顺序动作，并按照逻辑关系进行连锁保护动作的控制，及大量离散量的数据采集。传统上，这些功能是通过气动或电气控制系统来实现的。

　1969 年美国数字设备公司（DEC）研制出了基于集成电路和电子技术的控制装置，首次采用程序化的手段应用于电气控制，这就是第一代可编程序控制器，称 Programmable , 是世界上公认的第一台PLC【3】随后以可逻辑编程元件器发展迅速，便逐步在电气领域代替传统的电气器件。随后PLC技术迅速发展，尤其20世纪90年代后成为一种功能强大的、成熟的控制系统。

　伴随着计算机网络的发展，可编程控制器作为自动化控制网络和国际通用网络的重要组成部分，将在工业及工业以外的众多领域发挥越来越大的作用。21世纪，PLC会有更大的发展。从技术上看，计算机技术的新成果会更多地应用于可编程控制器的设计和制造上，会有运算速度更快、存储容量更大、

智能更强的品种出现；从产品规模上看，会进一步向超小型及超大型方向发展；从产品的配套性上看，产品的品种会更丰富、规格更齐全，完美的人机界面、完备的通信设备会更好地适应各种工业控制场合的需求同样， PLC在母联备自投方

面也起到不可估量的作用。

母联备自投控制发展现状

随着企业生产对供电性能的要求不断提高和近年来得电量缺口越来越大，备用电源越来越普遍，而为了保证生产，备自投的技术越来越纯熟。

　传统的使用常规继电器控制，存在接线复杂、误动、拒动、检修困难等缺陷。由于 PLC 能够实现电气的自动化具有比传统的电气器件无法取代的作用， PLC 也广泛应用于备自投的控制系统里面，从而实现简单、高效、便捷的功能。

　【4】

随着技术的发展，单片机和可编辑逻辑元件，还有一种利用电厂分散控制系统(OCS)冗余资源的备用电源自投装置等的实现方法。

　尤其随着计算机技术的发展,以单片机或可编程逻辑元件构成的微机型备自投得到大量应用。但是单片机的由于程序和应用复杂、繁琐、成本昂贵等缺点。

　而可编程逻辑元件的成本低廉，设计方便，运行稳定等优点。选择以 PLC 在母联备自投的应用为研究方向。其设计和运行上的灵活性为备自投装置的应用提供了新的思路。

　【5】

但是由于PLC的发展迅速，有些PLC控制的备自投已经不能满足现在备用电源自动投入的需要，以前的PLC程序繁杂，通讯要求的设备较多，协议统一性不高。而现在的PLC模块程度高，设备器件小型化。

根据以上原因，结合新型的PLC设备，通过对PLC的程序设计改造，线路的优化，实现母线备自投的有关电气器件的开关动作，从而实现其功能。

研究意义

PLC备自投保护装置(以下简称备自投)核心部分采用西门子S7-200PLC，接

触器，数字块和模拟块（DI, DO AI, AO、通讯（RS-485）、按钮开关等电气自动控制设备。母联备自投控制采用 S7-200PLC空制后，控制线路接线简单，成本低廉，维护方便，系统可靠性大大提高，动作灵敏准确，故障率低，保证了工业生产的稳定运行，作为厂用电备自投系统的核心控制元件 PLC，一方面完成现

场数据的采集、转换、报警和控制等功能，满足与全厂计算机监控系统的通信要求。另一方面要求安装工艺简单，适应现场环境。因此，选用的 PLC 在性能、质量和兼容性等方面有较高的要求。西门子 S2700系列PLC具有体积小、性能优、易扩展、安装简易等特点，很适合小规模的现场监控。

　【6】

产品在不同的电压等级如 110kV、 10kV 、 0.4kV 系统的供配电回路中使用时需要设定不同的电气参数，在订货时必须注明。

　在选择备自投功能时则一定不可以投入低电压保护，以免冲突引起拒动或误动。

二母联备自投的PLC改造

2.1 母联备自投的原理

a）.内桥接线的断路器自动投入母联开关断开，两个工作电源分别供电，两个电源互为备用，此方式称为母联备自投方式。

　主要用于中小容量发电厂和变电所，高压侧为内桥接线，正常为两条线路和两台变压器同时运行，当线路故障时，故障线路断路器 1dl （2dl、断

开，内桥断路器 3dl 自动投入。【7】

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图一内桥接线的断路器自动投入

对于母联备自投方式，当3dl在母线侧时，本装置可实现备用电源自动投入的功能。当3dl在进线侧时，本装置除具有备用电源自动投入的功能外，还具有

工作自动恢复的功能。下面以3dl在进线侧来说明备自投的动作过程。

(1)正向运行条件

U1> U1y, U2> U2y,即两段母线电压正常；

1dl和2dl处于合闸位置，即两条进线分别向两段母线供电； 3dl处于分

闸位置，即两段母线独立运行；

无外部闭锁开关量输入、远方遥控闭锁；

备自投投入；

备自投方式选择母联备自投；

正向运行投入；

选择3dl在进线侧方式。

当正向运行条件满足时，装置判断10s后进入正向运行方式，准备备用电源的自动投入。

正向动作条件为：装置处于正向运行状态：即 U1< U1d且11 < I1d (或U2

< U2d且12 < I2d )，即一段母线失电；U2> U2y (或U1> U1y)，即另一段母线电压正常；无外部闭锁开关量输入、3dl断线闭锁、远方遥控闭锁；无故障跳闸。

当满足正向动作条件后，装置将延时自投分闸（T1f）后动作，跳开1dl （2dl ）开关，确认跳开后将延时自投合闸时间（T1h）,再合上3dl开关。

（ 2）逆向运行条件

U2> U2y（或U1> U1y）,即2#进线（或1#进线）电压正常；

3dl处于合闸位置，1dl （2dl）处于分闸位置，而2dl （1dl）处于合闸位置；

无外部闭锁开关量输入、远方遥控闭锁；

备自投投入；

备自投方式选择母联备自投；

逆向运行投入；

选择 3dl 在进线侧方式。

当逆向运行条件满足时，装置判断10s后进入逆向运行方式，准备工作电源的自动恢复。

逆向动作条件为：系统恢复到原有运行方式的条件，（自投自复运行方式）：装置处于逆向运行状态；U1> U1y（或U2> U2y），即失电进线电压恢复正常；无外部闭锁开关量输入、远方遥控闭锁。

当满足逆向动作条件后，装置将延时自复分闸时间（T2f）后动作，跳开3dl 开关，确认跳开后将延时自复合闸时间（T2h），再合上1dl （2dl ）开关。

b）. 母联备自投装置具体要求

运行故障时，按要求切换备用电源这也是本装置最主要实现的功能。

　当运行变压器故障时，备用变压器能够按照预定的要求快速投入。

　具体的讲，就是当一台变压器内部故障时，三侧的断路器跳开，备用变压器能够快速实现三侧快速互投。当变压器后备保护动作时，切除中低侧开关，备用变压器能够合上相应侧的断路器。

　也就是运行变压器的中压侧开关断开，备用变压器的相应中压侧开关合上，当然，首先合上高压侧开关。当运行变压器的低压侧开关断开，备用变压

器的相应低压侧开关合上。

能够自动区分运行变压器的断路器是由于故障断开还是偷跳。

某侧母线故障时，能够可靠地闭锁本装置的动作。

本装置只能动作一次，失败则不再自动互投，并给出相应信号，告诉值班人员。

当备用变压器投在故障时，断路器能够实现快速后加速。

正常时能够检测变压器经济负荷曲线，按照经济负荷曲线自动切换变压

.主接线图及其说明

(1)主接线图如下

6KV变电站主接线图

拥-601

(2)要采集的各种数据

需米集的开入量（11路）,开出量（4路）,如下表示

项目

继电器号

输入

1#进线电压检测

I0.0

2#进线电压检测

I0.1

1#进线断路器QF1辅助触点

I0.2

2#进线断路器QF2辅助触点

I0.3

母联断路器QF0辅助节点

I0.4

1#进线微机保护岀口节点

I0.5

2#进线微机保护岀口节点

I1.3

母联微机保护岀口节点

I1.4

1#进线保护动作复位

I1.0

2#进线保护动作复位

I1.1

母联保护动作复位

I1.2

输出

1#进线跳闸

Q0.0

2#进线跳闸

Q0.1

母联合闸

Q0.2

母联分闸

Q0.3

要采集的输入输出数据

【8】

三硬件选型设计

3.1硬件介绍

硬件包括【9】：电源（PS）

中央处理器（CPU）

数字块和模拟块（DI，DO, Al，AO）

触摸屏TP07

通讯（RS-485）

3.2 选型依据(性能价格比)

安全可靠操作，维护与维修方便实时性强

通用性好

经济效益高

具体选型

1. 在自动化综合设计中，要求容错和高可靠性的自动化系统的应用越来越多。在变电所的供电领域，停电将带来巨大的经济损失。

　由于所应用的母联备自投的控制稳定性和精确度要求比高而控制要求又相对简单，所以采用 S7-200PLC 来实现。

2.中央处理器CPU勺选择：中央处理器有多种技术类型，根据我们程序模块的容量，包括块容量， FB，

FC勺最大容量，还有数据块的最大容量，要选择SIMATIC S7-200系列的CPU224 CPU22模块有数字量14I/100点，可连接7个扩展模块，具有13K字节程序和数据储存空间，30KH z的高速计数器6个，还具有PID控制功能，一个RS48通信编程端口，具有PPI点点通信协议多点端口 (MPI)通信协议和自由方式通信能力。输出类型为继电器一干触点，电压允许范围5-250VAC,可直接带220V勺负载，继电器开关延时最大为10ms,机械寿命关，大大提高了寿命。【10】注：S7200系列的PLC内部集成的接口为用户提供点到点接口 PPT (Point-to-Point Interface) 、多点接口 MPI(Multi-point Interface) 、自由通信口 3种通信方式，并提供一个 RS-485 接口与外设通信。

　为了与电厂计算机监控系统相适应，选择自由通信口方式。

　在此方式下，通信协议和波特率可由用户定义，并且完全可通过程序使用接收/发送中断、接收(RCV /发送(XMT指令控制通信操作。本系统选择 ASII 协议， PLC 把采样到的厂用电母线上的电压值、电流值、电度量，通过转换指令转换成 ASII 码再实时传送到上位机，同时

PLC也可把上位机有关命令（ASII码）与预先定义好的操作码进行比较，相符则

转到相应的操作程序。

3.4触摸屏的配置

触摸屏采用TP07人机界面HMT（ Huma n-Machi ne In terface ）产品实现现场监视、操作和在线修改的功能。使用触摸屏，可使现场操作简单生动，还可以

【11】

减少PLC控制所需的I/O点数，降低生产成本。

3.5抗干扰设计

为了提高系统可靠性PLC必须安装于有接地的金属架上，采用屏蔽电缆。模拟信号（电压，电流）采用电压和电流变送器隔离。电源采用隔离变压器隔离，以减少电源“噪声”。系统装置应良好接地。112】

3.6控制接线图及软件编程

控制接线图如下：

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使用SIMATIC的编程器 PG710，用PC/PPI电缆建立通信就可以与

S7-200CPU建立在线联系，对6KV母联开关的备自投控制进行软件编程，调试工

作，它采用 STEP7-Micro/Windows32软件包，支持 32位 Windows95/98/NT/2000 环境，利用STEP7-Micro/Windows32可以建立用户程序并把它下载到 CPU PLC 控制梯形图【13】【141 ：

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母联备自投控制采用S7-200PLC控制后，控制线路接线简单，维护方便，系统可靠性大大提高，动作灵敏准确，故障率低，便于进行在改造，保证了工业生产的稳定运行。

四设计总结

通过对企业供电的学习，同时结合其他学科的知识，比较单片机和可编程控制器PLC的优势比较，由于单片机一般需要在基于嵌入式系统平台，其中涉及通信、模拟量装换、经过。输入模拟信号经 A/D转换和计算后，结合开入量信号，经过控制逻辑判断，发出各种控制信号在硬件平台不作改变的情况下，对软件平台稍作修改就可完成此应用115】。

但是由于考虑到自身学习情况，以及对于单片机和 PLC的了解程度，决定

提出母联备自投的PLC改造。首先备自投原理简单，自己能够运用PLC进行实现，这样能够适合自己的学习和提高。其次， PLC在备自投装置中应用广泛。

在本次论文中遇到了很多实际性的问题，在实际设计中才发现，书本上理论性的东西与在实际运用中的还是有一定的出入的，所以有些问题不但要深入地理解，而且要不断地更正以前的错误思维，如在涉及 PLC梯形图的过程中需要注意指令的细节。其次，一切问题必须要靠自己一点一滴的解决，通过查文献，上网等。

　而在解决的过程当中你会发现自己在不断的提升。虽然感觉理论上已经掌握，但

在运用到实践的过程中仍有意想不到的困惑，这使我学到了许多课堂上学不到的知识，也解决了课堂上理论发现不了的问题。

　这次论文也作为我今后努力学习的兴趣，我想这将对我以后的学习产生积极的影响。

　同时让我感觉到设计这种东西需要从平时做的实验、老师上课的举例、书本上的知识以及其他同学的帮助下终于完成了。

　虽然内容并不是很复杂，但是我觉得设计的过程相当重要，学到了很多，收获了很多。

　我觉得论文完成反映的是一个从理论到实际应用的过程，但是更远一点可以联系到以后毕业之后从学校转到踏上社会的一个过程。

在此过程中，加深了对母联备自投的认识，加强了不同领域知识的结合，更重要的是为以后的工作知识的综合运用起到了一定的启示作用。

本次设计通过到图书馆和上网查阅相关资料，提高了自学能力，加深了对课本知识的理解，明白了母联备自投原理以及 PLC 在母联备自投中的作用 ,也让我体会到自学的乐趣。

　在以后的学习和工作中，我会继续完善自己的专业知识，积极地应用知识的融合。从而是自己的能力得到提高。